Для выполнения наплавок на больших токах пригодны не все флюсы. Трудности наплавки, особенно коррозионно-стойких сплавов, под флюсом 48-ОФ-10 заключаются в набегании шлака перед электродом, в результате чего образуются поры. Весьма существенно это сказывается при наплавке цилиндрических деталей.
Если флюс выбран правильно, то при больших токах улучшается плавность перехода от наплавленного валика к основному металлу, а поверхность становится более гладкой.
Толщина слоя флюса оказывает влияние на процесс наплавки и формирование наплавленного валика, особенно при наплавке цилиндрических деталей. Слой флюса должен надежно защищать зону наплавки и обеспечивать возможность визуального контроля за процессом наплавки. Случайные вспышки дуги через слой флюса свидетельствуют о достаточной толщине последнего.
В начале процесса наплавки толщину слоя флюса устанавливают 30—35 мм, а затем, после опробования режимов, регулируют ее более точно. Слишком тонкий слой флюса может пробиваться дугой, не обеспечивая при этом достаточной защиты сварочной ванны.
Если слой флюса оказывается слишком толстым, то без всякой необходимости увеличивается его расход, особенно при небольшой скорости наплавки. Систематический выход газов из зоны сварки, особенно при тяжелом флюсе, затрудняется, он происходит взрывообразно, что приводит к побитости поверхности наплавки. Кроме того, толстая шлаковая корка труднее отделяется от наплавленного металла. При большой толщине флюса губки токоподвода, находящиеся над расплавленным шлаком, засоряются и процесс наплавки может прерваться.
Образование пор в наплавленном металле частично связано с загрязненностью наплавляемой поверхности и электродной ленты. Чтобы избежать образования пор, поверхность детали подвергают пескоструйной обработке, а ленту очищают или обезжиривают уайт-спиритом механизированным способом, позволяющим одновременно с очисткой производить перемотку ленты.
Очищать ленту от загрязнений и смазки можно в горячей воде с последующим травлением в растворе следующего состава: 100 г/л бихромата калия, 10— 20 г/л серной кислоты плотностью 184 г/см3. Температура воды 50°С, выдержка в воде 15—20 с. После травления ленту тщательно промывают в холодной воде и просушивают.
Поры в сварных швах появляются также из-за чрезмерной влажности флюса, недостаточной защиты зоны сварки от воздуха, неудовлетворительного качества флюса и его несоответствия основному металлу.
Поглощение газов металлами происходит при сварке в дуговом промежутке и в сварочной ванне. Важной составляющей при этом является водород. При низком содержании кремния в металле шва (0,03—0,05%) окись углерода также является причиной образования пор. При более высоком содержании кремния (0,1 — 0,15%) бурное выделение окиси углерода способствует образованию пор.
При ухудшении защиты зоны сварки пористость может быть вызвана азотом и серой.
Для уменьшения пористости швов флюсы перед наплавкой прокаливают при следующих режимах: флюсы АН-348А, ОСЦ-45, АН-26 и керамические флюсы при температуре 350—400°С с выдержкой 4 ч, флюс 48-ОФ-10 при температуре 950—1050°С в течение 4,5—5,0 ч. Прокаленные флюсы должны иметь влажность не более 0,1%.
Уменьшение количества пор в сварном шве достигается при увеличении во флюсе содержания СаF2, SiO2, МnО, МgО и снижении СаО, К2О, Nа2О, FеО. Факторы, улучшающие дегазацию металла шва (уменьшение скорости наплавки, уменьшение сварочного тока, увеличение напряжения дуги), уменьшают количество пор в наплавленном металле.
Сварка при продольном расположении электрода, подобно сварке двумя электродами, увеличивает дегазацию и снижает образование пор в шве.
Наиболее важным фактором, определяющим устойчивость горения дуги и качество наплавки электродной лентой, является надежность контактов электрической цепи, в которую включена дуга. Нарушение контакта ленты с токоподводом приводит к несплавлению металла, образованию пор, подрезов и значительному ухудшению качества наплавленного металла. Чтобы избежать дефектов в наплавленном металле, необходимо обеспечить надежный подвод тока к электроду. Для этого губки токоподвода тщательно зачищают перед наплавкой до металлического блеска, очищают от пыли, флюса и металлической стружки. Они должны легко, не очень жестко, прижиматься к электроду.
Другим источником образования дефектов в наплавленном металле и ухудшения качества формирования является магнитное дутье. Оно приводит к несимметричности наплавки, образованию многочисленных подрезов, чешуйчатости и др. При увеличении сварочного тока магнитное дутье усиливается, что приводит к сильному отклонению дуги на конце электрода, особенно это проявляется при применении источников с крутопадающей внешней вольт-амперной характеристикой. Применение источника тока с пологопадающей характеристикой позволяет уменьшить влияние магнитного дутья. При наплавке цилиндрических деталей магнитное дутье можно уменьшить, если у концов наплавляемой цилиндрической детали с двух сторон установить скользящие токоподводы.
Другим способом, снижающим вредное воздействие магнитного дутья при больших скоростях сварки и наплавки, а также при больших сварочных токах (более 1000 А), является применение переменного тока.
При наплавке лентой можно использовать как постоянный, так и переменный ток. При переменном токе дуга горит нестабильно, наблюдается сильное разбрызгивание металла, образуются подрезы, толщина наплавленного слоя становится неравномерной по ширине валика. Качество наплавленного металла ухудшается с увеличением ширины ленты. Наплавка на постоянном токе обладает рядом преимуществ и при одинаковой производительности является более выгодной по сравнению с наплавкой на переменном токе. Поэтому, если есть возможность управлять магнитным дутьем, то лучше вести наплавку на постоянном токе. Однако при сильном магнитном дутье достоинства сварки на постоянном токе исчезают.
О влиянии полярности тока при наплавке электродной лентой имеются различные мнения. Применение обратной полярности предпочтительнее из-за высокой стабильности горения дуги и лучшего внешнего вида наплавленного металла. Многочисленные опыты по изучению влияния полярности тока при наплавке электродной лентой из аустенитной стали показали, что при токе до 650 А полярность тока на глубину проплавления не влияет, однако дуга в случае обратной полярности горит устойчивее, а склонность к образованию пор в наплавленном металле значительно понижается, при больших токах наоборот.
Глубина проплавления зависит от свойств и состава флюса. Для одних флюсов при наплавке на обратной полярности глубина проплавления уменьшается, а для других флюсов увеличивается. Поэтому при наплавке на токах менее 650 А для уменьшения глубины проплавления наплавку ведут по обратной полярности.
5 Влияние параметров режима на качество наплавки
Ток наплавки, скорость наплавки и напряжение дуги оказывают существенное влияние на качество наплавки и процесс формирования наплавленного металла. Сварочный ток и скорость наплавки — это два технологических параметра, которые взаимосвязаны. Оптимальное их сочетание с правильно выбранным составом флюса позволяет получить качественные наплавки и требуемые физико-механические свойства наплавленного металла.
Если ток наплавки мал, то образуется узкий валик с неровными краями и непроварами, дуга горит неустойчиво и гаснет, а лента, замыкаясь на изделии, нагревается и рвется при выходе из токоподводящих губок. Если же ток превышает оптимальное значение, то с увеличением тока ухудшается формирование валика. При большом токе и большой скорости наплавки происходит забегание шлака впереди электродной ленты.С увеличением сварочного тока увеличивается толщина наплавленного валика, а также растет глубина проплавления и производительность наплавки. С увеличением сварочного тока происходит выпучивание валика в средней его части, что обусловлено п имущественным горением дуги в середине ширины электродной ленты, в то время как при обычных режимах, при минимальном токе, валик становится двугорбый в; связи с большой задержкой дуги на концах электрода. Критерием соответствия сварочного тока выбранном электроду является линейная плотность тока, выражаемая отношением сварочного тока к ширине ленты. Оптимальная линейная плотность тока находится в пределах 8—14 А/мм. Высокое качество наплавленного металла возможно и на других токах, несколько больших либо меньших оптимальных. В работе для лент из углеродистых сталей определены критические значения тока, ниже которых валик по ширине резко уменьшается. Кромки валика становятся неровными, а плотность наплавленного металла ухудшается.
Между критическим током и шириной электрода существует пропорциональная зависимость. На практике сварочный ток изменяется в пределах 300— 2000 А.
Для лент шириной 20—40 мм скорость наплавки изменяется в пределах 0,15—0,55 см/с и зависит от сварочного тока, размеров ленты, марки электродного материала, состава флюса, формы изделия и т. д. Оптимальная скорость наплавки позволяет достичь необходимой глубины проплавления основного металла и производительности процесса наплавки.
При малых скоростях наплавки формируется ровный валик со слабо заметными слоями кристаллизации. Слишком малая скорость приводит к уменьшению глубины проплавления и увеличению толщины наплавленного слоя, его поверхность получается грубой и неровной. С дальнейшим уменьшением скорости появляется опасность образования неоплавления и прорыва жидкого шлака и металла сварочной ванны, в результате чего в наплавленном металле образуются поры.
На средних скоростях наплавки валики имеют менее ровную поверхность и резко выраженную чешуйчатость, ширина валика становится меньше ширины лепты.